Cavendish analiz (29.12.21)
- Cavendish kolu bir ölçek derecesi döndürecek gücü teorik olarak yazdı,
veya, sadeleştirdikten sonra
\begin{equation} \frac{\text{kolu 1 derece döndüren Newtoncu çekim gücü}}{\text{topun ağırlığı}}=\frac{1}{818\,N^2} \end{equation}
\(\frac{1}{766} = \text{1 ölçek derecesinin radyan ölçüsü}\\\)
\(\frac{1}{N^2} = \text{sarkacın salınım frekansının karesi, Cavendish bu N'yi ölçüyor}\\\)
\(\frac{36.65}{39.14} = \text{yatay sarkaç ile saniye sarkacının kol uzunluklarının oranı}\)
- Cavendish burada, topun ağırlığı ile sarkacın geri döndürücü gücünü oranladığı için ortaya bir sorun çıkıyor. Cavendish daha önce \(F_R = F_N\) diye iki gücü eşitlediği için, burada topu çeken Newtoncu gücü topun ağırlığına oranlıyor yani \(F_N/W_b\) diye yazıyor ama bu geçerli değil, çünkü Newtoncu güç \(F_N\) topları çekiyor ve toplar sarkacın simetrisinden dolayı ağırlıksız, yani \(F_N\) sadece telin sertliğine eşit bir güçle kolu çevirir. Fakat, \(F_R/W_b\) yazarsak bu doğru olabilir, çünkü, topların ağırlığı artınca sarkacın eylemsizlik momenti artacağı için, kolu çevirmek için gerekli olan güç de artacaktır. Yani, doğrusu, \(F_R = W_b\) yazmak olurdu.
- Kolu çevirmek için, kolun ucuna uygulanması gereken güç, aynı tel sertliği için, topun ağırlığından bağımsızdır.
- Evet, bu sonuçlardan biri:
- Şimdi Cavendish, ağırlığın topu Newtoncu güç uygulayarak çekerek kaç derece döndüreceğini hesaplayacak ve bu dünyanın topu çektiği güce oranlanacak,
- Newtoncu doktrine göre, topun ağırlığının dünyanın topu çekmesi olarak yorumlandığını hatırlayalım. Cavendish bazen "topun ağırlığı" diyor bazen, "dünyanın topu çekmesi" diyor. İkisi aynı şey.
- Newtoncu çekim gücü ağırlığa oranlı olduğu için (Cavendish kütle kavramını kullanmıyor) topu çeken ağırlığın ağırlığını ve dünyanın ağırlığını bilmemiz gerekiyor. Dünyanın ağırlığını bilmemiz için de yoğunluğunu bilmemiz gerekiyor. Biz sadece dünyanın hacmını biliyoruz.
- Cavendish'in şöyle bir şey yazması lazım, en basit olarak,
- (ağırlık = hacım \(\times\) yoğunluk) formülüne kullanacağız. \(d\) = 1 = suyun yoğunluğu ve \(d'\) = dünyanın yoğunluğu (d/d'=1/D). O zaman şöyle bir şey yazabiliriz,
topun ve dünyanın hacmini küresel birim olarak yazmış olduk.
- Buna şimdi mesafelerin ters karelerini de ekleyelim,
- Sadeleştirince,
- Bu da Cavendish'in (1/8,739,000 D) sonucu ile uyuşuyor. Modern analizlerde kullanılan, Newtoncu sabit \(G\)'yi kullanmadan ve sonradan elenen \(m\) harfini yazmadan aynı sonucu elde etmiş olduk. Cavendish, bir de 0.9779'luk bir düzeltme katsayısı kullanıyor,
Cavendish'in değeri,
\begin{equation} \frac{1}{(8,739,000\,D} = 1.14429e-7 \end{equation}- Yani dünya topu, ağırlığın çektiğinden 8,739,000 kat daha fazla çekiyormuş. Buradan dünyanın yoğunluğu \(D\)'yi bulabiliriz.
- Şimdi bulduğumuz bu ağırlığın çekimini, kolu bir derece döndürmek için gerekli olan güce böleceğiz ve böylece, kolun kaç derece döndüğünden gücü bulmuş olacağız.
- Son olarak Cavendish şöyle diyor: «Öyleyse, [Newtoncu] çekim kolu doğal pozisyonundan \(N^2/10,683\) ölçek derecesi oynatmış olacak. Öyleyse, eğer ağırlıkları orta noktadan, yakın noktaya getirince kolun \(B\) ölçek derecesi oynadığını görürsek, veya ağırlıkları bir yakın pozisyondan karşı tarafa getirdiğimizde \(2B\) ölçek derecesi dönmüş olursa, dünyanın yoğunluğu \(D\), \(N^2/10,683\,B\) olacaktır.